纳秒脉冲激光打孔中孔内等离子体的瞬态诊断
文献综述
研究背景
激光是人类二十世纪最重要的发现之一，其产生原理于1917年由爱因斯坦提出。而自从1961年第一台激光器诞生至今，各种激光器层出不穷。多年来学者做了大量研究工作，激光器也广泛应用在工业、农业、军事、科学研究等各个领域。总体来看，人们对激光的运用主要分为两大类，分别使用激光作为信息载体和能量载体。当激光作为能量载体时，固体脉冲激光器的聚焦光束可在坚硬的材料上打出直径为微米数量级的小孔。这一现象在精密仪器加工、激光加工、激光切割等方面获得了广泛而成功的应用。[1]
在激光加工的过程中,激光与靶材相互作用时，当激光尚未照射到靶材表面时，激光与靶材是两个相互独立的部分。一旦激光入射到靶材表面，靶材表面就会吸收和反射激光，这种吸收和反射主要取决于靶材表面的光学性质。靶表面吸收入射激光能量，使其表面温度上升。从而能够改变靶材表面的结构和性能，甚至造成不可逆的破坏。靶材在高功率激光作用下，靶面迅速吸收激光能量。靶面温度很快升至气化温度，从而出现气化。气化后的物质蒸汽继续吸收激光能量，使其温度继续升高生成蒸汽等离子体。这种等离子体的出现，对靶与激光相互作用会产生巨大的影响。[2]这种影响主要表现在三个方面：一是蒸汽等离子体自身对激光有很强的吸收作用，能使后续的激光能量部分的甚至全部不能到达靶面，靶与激光之间形成一个屏蔽激光能量的“墙”。二是蒸汽等离子体对靶材的作用，主要为力学作用和热学作用包括压力和冲量传递、靶材中应力波等力学效应。三是相互作用过程中蒸汽等离子体的点燃和发展过程包括等离子体时间和空间行为。
激光打孔技术是激光加工技术中最早达到实用化的一种技术，随着激光加工技术的发展，激光打孔能力的不断提高，由于其具有独特的加工优点，已成为改造传统机械加工的一种有效手段。激光束通过透镜将光束聚焦，聚焦光斑直径大小可以缩小到微米量级，激光功率密度相当高，平均每平方厘米可以获得 105～1015w的激光功率密度。在该功率密度下，几乎可以在任何材料上对其进行激光打孔加工。与传统的机械加工方法相比，具有以下显著的优点[3]：
(1)激光打孔速度快，效率高，经济效益好。
(2)采用高能量密度的热能对材料进行去除加工，几乎可以实现在所有的材料上打孔。
(3)能够加工数量多及高密度的群孔。
虽然激光打孔已逐渐成熟，但是仍然有许多亟待解决的问题。激光打孔过程中，孔口周围容易留下喷溅毛刺和颗粒，孔内壁容易留下熔融物，打孔锥度大，圆度误差大，在进行群孔加工时要求孔一致性差，这些一直是人们研究的热点，需要进行深入的研究。
国内外研究情况
激光产生等离子体(LPP)在基础研究和工业应用两方面都十分重要，广泛应用于包括：脉冲激光沉积薄膜(PLD)、激光诱导击穿光谱(LIBS),激光烧蚀、感应耦合等离子体质谱法（LA-ICPMS）、纳米颗粒的形成、微机械加工、激光冲击强化、以及紫外光刻。在激光产生等离子体中，靶材、等离子体羽流和环境气体之间存在着许多相关的物理和化学相互作用，其动力学关系是复杂的。[4]
因此在激光等离子体技术诞生的同时，科学工作者就开始对激光等离子体进行广泛而深入的研究。国外对激光等离子体的研究要比国内早几十年。
